ExacTrac. Laura Furnari

Transcrição

1 ExacTrac 1

2 Incertezas em radioterapia É impossível eliminar completamente todas as incertezas. Com uma avaliação de suas fontes é possível minimizá-las. Nível clinicamente aceitável, ou pelo menos incorporá-las da melhor maneira possível. Esse é o objetivo de se usar o ExacTrac. 2

3 Incertezas Imagem e planejamento Controle de qualidade Posicionamento do paciente Tratamento Localização e registro Coincidência do isocentro Posicionamento com IV Movimento intra-fração Parâmetros do gating Mecânico AL Exactrac Laser Radioativo Algoritmo de fusão de imagem Interno Externo Tamanho da janela 3

4 ExacTrac sistema de radioterapia guiada por imagem (IGRT) que usa uma combinação de posicionamento óptico por infravermelho (IV) e criação de imagem radiográfica com quilovoltagem para conseguir um posicionamento preciso dos pacientes e a realização de correções de posicionamento em tempo real. diferentemente do cone beam que produz imagens tridimensionais o ExacTrac produz duas imagens planares. 4

5 ExacTrac O Exactrac posiciona o paciente utilizando a imagem de estruturas ósseas ou de marcadores internos, portanto nos casos em que essa técnica não é possível, ou não é conveniente, ele não é indicado. Exemplos de indicações: Próstata (ou com marcadores internos ou com margens maiores para considerar o movimento do órgão) Radiocirurugia frameless Crânio SBRT (stereotatic body radiation therapy) de pulmão SBRT de coluna Pulmão com marcadores internos 5

6 Componentes do ExacTrac 6D Dois subsistemas principais: um de posicionamento óptico baseado em infravermelho para a colocação inicial do paciente e controle preciso do movimento da mesa outro de formação de imagem radiográfica com kv, para verificação do posicionamento e realização de seu ajuste baseado na anatomia interna, estrutura óssea, ou em marcadores (fiduciais) implantados. 6

7 Infravermelho O sistema infravermelho é formado por duas câmaras que emitem raios de IV e detetam o raio refletido em esferas refletoras fixadas externamente na superfície do paciente, na mesa de tratamento ou em acessórios de localização. Câmara Lente de infravermelho 7

8 Infravermelho as câmaras fixadas numa barra de metal presa no teto emitem um baixo sinal de IV de frequência de 20 Hz o raio é refletido e analisado para se obter informações da posição da esfera a posição das esferas refletoras é obtida pelas câmaras de IV usando raios virtuais que se interceptam nela 8

9 Esferas refletoras de infravermelho Body markers - Ligado ao paciente, se move com ele, não se consegue congelar a posição nem corrigi-la (dependendo da amplitude do movimento) Ignora o movimento do paciente porque está fixo na mesa então possibilita a correção da posição 9

10 Esferas refletoras de infravermelho Tomo com caixa estereotática a localização dos rods se comunica com os marcadores 10

11 Esferas refletoras de infravermelho Para evitar ambiguidades e simetria as esferas não devem estar alinhadas no mesmo raio virtual. Como as vezes é difícil escolher posições adequadas deve-se usar um número de marcadores externos maior que o mínimo recomendado que é de 4 11

12 Esferas refletoras de infravermelho o valor de precisão da posição do marcador externo considerada aceitável é definida pelo usuário ele define uma faixa de precisão cujo valor superior estabelece o valor inaceitável de precisão o sistema avisa se a precisão encontrada para um determinado paciente está ok, reduzida ou baixa 12

13 Infravermelho 13

14 Raios-X O sistema de raios-x é composto de dois tubos emissores embutidos no chão que projetam a radiação obliquamente em dois painéis planos de detetores de silício amorfo (AmSi) montados no teto. Caraterísticas: a direção do feixe é fixa, a distância fonte painel é relativamente grande: de 2 a 3 metros, o resultado são duas imagens oblíquas do paciente. 14

15 Raios-X 15

16 Raios-X 16

17 isocenter and subset isocenter. This method results in a minimization of localization errors versus the unweighted strategy [38]. Sistema de raios-x Once the patient is initially setup using the IR camera system, the target position is checked. The imaging component of the ExacTrac system incorporates two kv X-ray units located in the floor on either side of the linear accelerator (See Fig. 2-11). Figure 2-11: X-ray tube and housing box used for kv imaging (Reproduced from ExacTrac Clinical User Guide). The relationship between the kv X-ray images and the DRRs is established using the pinhole cameral model: 17

18 Raios-X 18

19 ROTINA CT TPS EXACTRAC PRÉ POSICIONAMENTO CORREÇÃO VERIFICAÇÃO 19

20 Posicionamento do paciente Durante a simulação são colocados marcadores radiopacos externos no paciente. É feita uma marca do posicionamento dos soquetes de cada marcador. Essa marca é coberta com um adesivo transparente. Se na simulação os marcadores não foram usados pode-se usar, no acelerador, a estrela de referência de IV no lugar das esferas. No acelerador novos marcadores, não radiopacos de infravermelho são colocados exatamente nos mesmos pontos usados na simulação. Usando o algoritmo do sistema, que reconhece a posição dos marcadores, o paciente é preposicionado levando seu isocentro de tratamento para próximo do isocentro do acelerador. 20

21 Princípio de funcionamento são obtidas duas imagens oblíquas (raios-x), que são comparadas com a radiografia reconstruída digitalmente (DRR) gerada no mesmo plano das imagens, a partir da tomografia do paciente que está no sistema o software de fusão desloca as imagens de raios-x de modo a tornar máxima sua coincidência com a imagem de DRR, ou seja, define em que posição do paciente as imagens de raios-x se assemelham às do DRR 21

22 Princípio de funcionamento esse valor é quanto o paciente deve ser deslocado ou rotacionado, depois de ajustar a posição do paciente a fusão é refeita para verificar o seu posicionamento. é possível excluir do processo de fusão estruturas que potencialmente aumentam a incerteza da fusão, como o mandíbula, ou a calota craniana. 22

23 Raios-X 23

24 Raios-X DRR RX 24

25 Marcadores externos em próstata Os marcadores devem ser colocados próximos de estruturas ósseas em que a movimentação é menor. Mas como a fusão é feita pela estrutura óssea, não é levada em conta a movimentação da próstata. Com: -body markers pode-se observar a movimentação do paciente mas perde-se a precisão da correção -estrela ou ferradura, não se observa movimentação do paciente mas a correção é garantida. 25

26 Marcadores externos em em SRS Se for usado array com a máscara para fixação, a tomo deve ser feita com a caixa estereotática. Para tratar basta usar o array já que existe uma conexão entre os dois acessórios. 26

27 Marcadores externos em pulmão Como na próstata: -body markers pode-se observar a movimentação do paciente mas perde-se a precisão da correção -estrela ou ferradura, não se observa movimentação do paciente mas a correção é garantida. Se necessário convém criar um isocentro virtual, que é um isocentro em uma estrutura imóvel próximo a região a ser tratada. Depois o próprio sistema corrige e faz a translação para o isocentro real. 27

28 Fiduciais Os tumores de partes moles não são facilmente visíveis nem com MV do Portal Image nem com sistemas de kv. A fim de providenciar uma posição substituta para o alvo pode-se implantar cirurgicamente fiduciais ou marcadores internos. Geralmente são de ouro ou platina como os VisicoilTM. Há diferentes tipos de fiduciais: curto, longo em formato de mola e Stent. 28

29 Marcadores internos ou fiduciais Nesse caso, em vez de estrutura óssea ser a referência para a fusão, os fiduciais é que são usados para a fusão, ou seja, os deslocamentos são determinados fazendo-se coincidir a posição dos marcadores na imagem de raios-x com aquela do DRR obtido da tomografia. É preciso ter mais cuidado na fusão nesses casos. 29

30 Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, 30

31 Monitor 31

32 Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, 32

33 Painel de controle 33

34 Tela Os pixels mortos não fornecem informação Os pixels mortos podem interferir na precisão Para corrigir esse problema faz-se a white image, que é uma calibração que substitui os pixels mortos por valores obtidos por interpolação dos vizinhos. 34

35 Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, lâmpada de aviso de funcionamento do raios-x, 35

36 Aviso de funcionamento na porta 36

37 Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, lâmpada de aviso de funcionamento do raios-x, mesa robótica, 37

38 Mesa robótica 6D - tem seis graus de liberdade, três de translação e três de rotação. Vantagem - é possível corrigi a angulação, no caso do paciente estar rodado dentro da máscara ou da caixa. Desvantagem o paciente tem sensação de queda durante o movimento da mesa. 38

39 Mesa robótica 39

40 Outros componentes do ExacTrac monitor que indica o posicionamento dos marcadores e da mesa, painel e tela de controle do software, lâmpada de aviso de funcionamento do raios-x, mesa robótica, um sistema de software que reconstrói o DRR e possibilita a sua fusão com as imagens de raios-x e câmara de vídeo digital para monitorar a posição do paciente durante o tratamento. 40

41 Calibração Todos os dias diversos parâmetros devem ser verificados para se confirmar que o sistema vai ter um desempenho dentro das tolerâncias sugeridas para se ter um tratamento com acurácia. 41

42 Calibração As versões anteriores precisam que a relação espacial entre as duas câmaras e o video seja calibrada, para isso se usa o phantom ET IR calibration 42

43 Sistemas de coordenadas Afim de minimizar as incertezas de posicionamento do Exactrac é necessário fazer coincidir os seguintes quatro sistemas de coordenadas independentes: mecânico do acelerador: a origem é na intersecção do eixo de rotação do colimador e do gantry, lasers: ponto de encontro dos laser localizados nas paredes e no teto da sala infravermelho: tem seu próprio sistema de coordenadas ligado às esferas refletoras feixes de raios-x que produzem as imagens 43

44 Calibração 1 - faz-se coincidir o isocentro dos lasers com o radioativo do acelerador, no sistema antigo a calibração é com o isocentro mecânico 2 então o isocentro do AL é usado para ajustar o sistema de coordenadas (isocentro) do infravermelho 3 - o isocentro do IV é usado para ajustar o sistema de coordenadas do raios-x 4 - finalmente o raios-x é então comparado com o isocentro do acelerador através do pointer Wiston Lutz, para confirmação 44

45 1 Verificação do isocentro do AL Um esfera radiopaca, presa à mesa de tratamento, é colocada no cruzamento dos lasers. Uma tira de filme radiocrômico é fixada além da bolinha e ligada ao gantry por meio de um braço. O filme é então irradiado com um campo de 6 mm x 6 mm com 900 UM, numa combinação de ângulos do gantry (0, 90, 180, 270 ) e da mesa (0, 45, 135 ). A posição da imagem da bolinha em relação à posição do centro do campo informa sobre o desvio dos lasers em relação ao isocentro do acelerador e imprecisão do movimento do gantry e mesa. Pode-se também variar a posição do colimador. 45

46 1 Verificação do isocentro do AL 46

47 1 Verificação do isocentro do AL G 0 M 90 G 0 G 90 G270 M 270 M 0 M 0 47

48 2 - Calibração infravermelho Para garantir que as câmaras de IV determinem com precisão a posição dos refletores de IV, estabelece-se um procedimento de calibração que relaciona essas coordenadas com o isocentro do acelerador. A posição de cada esfera pode ser determinada com uma precisão de 0,3 mm. 48

49 2 - Calibração infravermelho Ação: Move Isocenter Phantom to Current Isocenter Os marcadores do phantom, que tem configuração e posição conhecida, fornecem ao sistema de infravermelho a informação sobre o sistema de coordenadas do isocentro radioativo. 49

50 2 - Calibração infravermelho ET Isocenter Phantom O modelo novo tem dentro dele uma esfera de metal de 5 mm de diâmetro 50

51 3 - Calibração do gerador de raios-x Ação: Verify X-ray Calibration apoia-se o ET X-ray calibration Phantom sobre a mesa desloca-se, manual ou automaticamente, o phantom de acordo com as instruções do sistema sobre quanto ele deve ser deslocado adquire-se uma imagem radiográfica com cada tubo faz-se a fusão automática das imagens avalia-se se a fusão está aceitável 51

52 3 - Calibração do gerador de raios-x ET X-ray calibration Phantom 52

53 4 Detecção do ponter do Winston Lutz Ação: Detect Winston-Lutz pointer acopla-se e fixa-se o ponteiro Winston- Lutz na mesa (Couchmount) alinha-se o ponteiro com os lasers adquire-se uma imagem radiográfica com cada tubo faz-se a fusão automática das imagens verifica-se se o centro da imagem adquirida no momento coincide com a de referência obtida durante a calibração 53

54 4 - Detecção do ponter do Winston Lutz Acaba sendo uma verificação da coincidência dos isocentros. 54

55 4 - Detecção do ponter do Winston Lutz 55

56 Fontes de incertezas com o uso do ExacTrac imprecisão de localização através do sistema de infravermelho reprodutibilidade do algoritmo de fusão de imagem precisão do sistema de raios-x A precisão global do sistema pode ser bem avaliada por meio de um teste end-to-end. 56

57 Validação do sistema - verificação end to end usa-se um marcador (uma bolinha) colocada num phantom cuja localização é feita pelos mapas de localização do alvo gerados pelo TPS um filme é colocado na direção de linha que vai do gantry ao marcador usa-se um único campo que deve ter um tamanho que apresente o deslocamento posicional do marcador em relação centro mas o mantem dentro do campo A distância entre o centro da projeção do alvo e o centro do campo informa sobre o desvios ocorridos, ou seja dá a precisão global do sistema. 57

58 Teste de CQ Testes diários: calibração do infravermelho Inspeções semanais - cabeamento visualmente Testes mensais: calibração de todo o sistema, isocentro, raios-x e white image. Inspeções mensais funcionalidade e controle visual do braço do monitor legibilidade das marcações Anual é feito por especialistas da BrainLab 58

59 Relatórios dados de identificação procedimentos executados correções realizadas imagens geradas aprovações feitas diário - posições assumidas pelo gantry, colimador e mesa deslocamentos ao longo do tratamento 59

60 Cuidados O marcadores externos devem ser posicionados numa localização o mais possível estável. Antes da calibração recomenda-se deixar as câmaras de IV ligadas durante 90 minutos (velho). É fundamental garantir desde o início que a projeção dos laser coincida com o isocentro do acelerador. Se o gerador não for usado por mais de duas semanas a energia escolhida para os dez primeiros feixes não deve exceder 110 kv. As imagens de raios-x não podem ser feitas em todos os ângulos do gantry, somente naqueles em que o gantry não se interpõe no feixe de raios-x 60

61 Vantagens e Desvantagens Exactrac VANTAGENS precisão rápida aquisição fusão automática independe da posição do AL, pode-se fazer verificação como gantry em movimento snap kv DESVANTAGENS não visualiza partes moles produz imagens oblíquas não tem interlock 61

62 REFERÊNCIAS Wang, L.T.; Solberg, T.D.; Medin, P.M.; et al. Infrared patient positioning for stereotactic radiosurgery of extracranial tumors. Comp. Biol. Med. 31:101 11; Twork, G Validation of the Spatial Accuracy of the ExacTrac Adaptive Gating System A thesis submitted to McGill University in partial fulfillment of the requirements of the degree of Master of Science in Medical Physics, 2011 Clinical User Guide, ExacTrac - BrainLab 62